In der Lithium-Ionen-Zellfertigung steht das Gehäuse am Ende einer langen Prozesskette — und doch beginnt seine Wirkung bereits bei der Auslegung der gesamten Zellarchitektur. Das Gehäuse übernimmt mehrere gleichzeitige Funktionen: Es verschließt den elektrochemischen Innenraum hermetisch gegenüber Feuchte und Sauerstoff, leitet Wärme ab, ermöglicht mechanische Integration in Modulstrukturen und stellt im Fehlerfall ein kontrolliertes Sicherheitsverhalten sicher. Die Wahl des Gehäuseformats ist damit keine nachgelagerte Konstruktionsentscheidung, sondern ein grundlegendes Auslegungsmerkmal, das Elektrodengeometrie, Wickel- oder Stapelprozess, Elektrolytbefüllung und Formierungsführung direkt beeinflusst.
In der industriellen Praxis haben sich drei Gehäuseformate etabliert: die Rundzelle (zylindrisch), die prismatische Hartschalenzelle und die Pouch-Zelle mit flexibler Verbundfolienverpackung. Jedes Format bringt spezifische Anforderungen an Fertigungsanlagen, Materialien und Qualitätssicherung mit sich. Mit dem Hochlauf großer Produktionskapazitäten — sogenannter Gigafactories — gewinnen Fertigungseffizienz, Ausbeute und Automatisierbarkeit des Gehäuseprozesses erheblich an Bedeutung.
Zylindrische Zellen: standardisiertes Format mit hohem Automatisierungsgrad
Zylindrische Zellen bestehen aus einem tiefgezogenen Stahlbecher und einem aufgesetzten, durch Crimpen befestigten Deckel. Das Gehäuse wird in der Regel aus vernickeltem Kaltband-Tiefziehstahl gefertigt, seltener aus Aluminium. Der Innendurchmesser definiert die Elektrodenbreite des Wickels. Standardisierte Nenngrößen wie 18650 (18 mm Durchmesser, 65 mm Länge) oder 21700 haben eine weitgehend automatisierte Zulieferkette ermöglicht. Neuere Entwicklungen bei großformatigen Rundzellen — etwa im Format 4680 — stellen erhöhte Anforderungen an die Tiefziehpräzision und die Crimptechnologie, da größere Wandstärken und modifizierte Deckelgeometrien mit integrierten Sicherheitselementen wie CID (Current Interrupt Device) und Berstmembran beherrscht werden müssen.
Ein zentrales Qualitätsmerkmal der zylindrischen Zelle ist die Dichtheit der Crimpverbindung. Leckagen führen zu Elektrolytaustritt, Feuchtigkeitseintritt und Kapazitätsverlust. In der Serienproduktion werden Dichtheitsprüfungen üblicherweise mittels Helium-Lecktest oder Druckdifferenzverfahren durchgeführt. Der hohe Standardisierungsgrad des Formats begünstigt automatisierte Fertigungslinien mit hohem Durchsatz, birgt aber gleichzeitig geringe Flexibilität bei der Anpassung der Zellgeometrie an modulspezifische Anforderungen.
Prismatische Hartschalenzellen: Steifigkeit und Packungsdichte im Modul
Prismatische Zellen mit Aluminiumgehäuse sind im Automobilbereich weit verbreitet. Das Gehäuse besteht aus einem durch Tiefziehen oder Strangpressen geformten Aluminiumbecher mit einem aufgeschweißten oder eingecrimpten Aluminiumdeckel. Die Wandstärke liegt typischerweise zwischen 0,4 mm und 1,0 mm, abhängig von Format und Druckbelastung. Als Fügeverfahren für den Deckel hat sich das Laserschweißen durchgesetzt, da es eine hermetisch dichte Verbindung ohne thermische Verformung der umliegenden Strukturen ermöglicht.
